Science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Bifunctionele CoFeP-N nanodraden gesynthetiseerd voor duurzame watersplitsing

Schematisch diagram van efficiënte elektrokatalytische watersplitsing door CoFeP-N nanodraden. Krediet:Wang Ruiqi

De onderzoeksgroep van prof. Wang Qi van het Hefei Institute of Physical Science van de Chinese Academie van Wetenschappen heeft ijzer- en stikstof-co-gedoteerde CoFeP-N nanodraden gesynthetiseerd voor zeer efficiënte elektrokatalytische watersplitsing.



Hun resultaten, gepubliceerd in Applied Catalysis B:Environment and Energy , demonstreren de synthese van bifunctionele CoFeP-N nanodraden voor zowel waterstof- als zuurstofontwikkeling.

Bij de productie van waterstof door elektrolyse wordt water gebruikt als de enige grondstof om een ​​gesloten cyclus van waterstofgas te realiseren zonder CO2-uitstoot, wat als de groenste en meest duurzame methode wordt beschouwd. De hoge kosten beperken echter het wijdverbreide gebruik van elektrolytische waterstofproductie en vereisen kosteneffectievere en efficiëntere katalysatoren.

Vanwege hun lage kosten en hoge katalytische prestaties is aangetoond dat op transitiemetalen gebaseerde nanomaterialen, die overvloedig aanwezig zijn op aarde, brede vooruitzichten hebben als uitstekende elektrokatalysatoren.

In deze studie introduceerden de onderzoekers verschillende heteroatomen in de drager om een ​​op transitiemetaal gebaseerd nanocomposiet te vormen met behulp van een driestapssynthesemethode van hydrothermische fosfatisatie en plasmabehandeling bij lage temperatuur. Ze hebben bifocale CoFeP-N-nanodraden gemaakt voor de ontwikkeling van waterstof en zuurstof om synergetische interacties met de katalysator te bereiken.

Theoretische berekeningen illustreren het efficiënte elektrokatalytische watersplitsingsmechanisme van CoFeP-N nanodraden. Krediet:Wang Ruiqi

Ze gebruikten dopingtechnologie, interface-engineering en plasmabehandeling om de prestaties van overgangsmetaalkatalysatoren potentieel beter te maken dan die van edelmetaalkatalysatoren, terwijl ze een goede cyclusstabiliteit handhaafden. Dit helpt de productiekosten te verlagen en industriële modernisering te bevorderen.

Nadat de CoFeP-N-katalysator in een elektrolysecel is bereid, kan de elektrokatalytische watersplitsingsprestatie die van commerciële edelmetaalelektrolysecellen onder dezelfde omstandigheden overtreffen. Bovendien kan het systeem meer dan 100 uur onafgebroken werken zonder duidelijke prestatievermindering.

Dit werk demonstreert een effectieve methode voor de bereiding van op transitiemetalen gebaseerde bifunctionele elektrokatalysatoren, waardoor nieuwe wegen worden geopend voor de productie van efficiënte, stabiele en betaalbare geavanceerde en duurzame energiematerialen.

Meer informatie: Ruiqi Wang et al., Plasma-ondersteunde synthese bij lage temperatuur van co-gedoteerde CoFeP-N nanodraden met ijzer en stikstof voor zeer efficiënte elektrokatalytische watersplitsing, Toegepaste katalyse B:milieu en energie (2024). DOI:10.1016/j.apcatb.2024.124027

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen